超聲振動輔助非晶合金流變成形方法及機理研究.pdf

1、非晶合金是微成形的理想材料，過冷液相區(qū)內的超塑性流變是實現(xiàn)非晶合金成形的主要手段。為了提高非晶合金的超塑性流變成形能力，主要是通過優(yōu)化變形溫度和變形時間這兩個工藝參數。然而，這兩個因素之間是相互制約的，較高的成形溫度可以提高非晶的流變成形能力，卻使得其晶化孕育時間縮短而增大晶化的風險，因此，需要找到新的方法來提高非晶合金的流變成形能力。超聲振動輔助金屬塑性成形可以降低變形抗力，提高表面質量，超聲振動輔助聚合物流變成形則可以降低熔體的表觀

2、粘度，提高充型能力，因此，本文提出將超聲振動引入到非晶過冷液流變成形中，以Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金為研究對象，研究了超聲振動輔助非晶合金流變成形方法及機理。
　　本文首先設計了超聲輔助熱塑性成形實驗方案，利用解析法和有限元模擬相結合的方法研制出超聲振動裝置。主要工作包括：分析了裝置需求，選擇了合適的超聲波發(fā)生器，設計出夾心式壓電陶瓷換能器，計算出了壓電陶瓷片、前后蓋板的材料、數量和尺寸，設計出了超聲變幅桿，用AN

3、SYS分析了變幅桿的模態(tài)，計算出了變幅桿的放大系數，設計出了支座用于連接振動裝置和試驗機，測試了振動裝置的實際輸出頻率和振幅。
　　用銅模吸鑄技術制備了Zr55塊體非晶合金坯料，DSC顯示其過冷液相區(qū)溫度范圍為412~492℃。利用設計的超聲振動裝置，在溫度為452℃壓縮速率為10μm/s時，完成了不同頻率（19kHz、20kHz）和振動功率（45％~90%）下的壓縮變形實驗，用相同極限載荷下最大變形量來表征非晶的流變成形能力，結

4、果顯示超聲振動可以提高非晶的流變成形能力，變形后直徑隨振動功率的提高而增大，振動功率為1800W時，變形后直徑增大了11%，隨頻率變化則不明顯。分析了振動場作用下非晶過冷液的流變力學，其流動應力隨振動功率的提高而降低，最大可降低30%，計算了過冷液的表觀粘度，發(fā)現(xiàn)粘度也隨振動功率的提高而降低，擬合出粘度隨功率變化的經驗方程，由于頻率改變范圍太小，流動應力和粘度受頻率影響不明顯。發(fā)現(xiàn)了振動導致試樣的表面發(fā)生破壞，由此提出振動降低載荷的機理

5、在于坯料與壓盤產了周期性的界面分離。
　　用XRD衍射技術確認了變形后試樣的非晶態(tài)結構，利用維氏硬度計和納米壓痕儀分析了非晶合金變形后力學性能的變化，發(fā)現(xiàn)與鑄態(tài)相比變形后試樣的硬度和彈性模量增大，而振動變形試樣的硬度和彈性模量則介于常載荷和鑄態(tài)之間，說明超聲振動導致變形試樣發(fā)生軟化。根據硬度與自由體積之間的關系，認為造成振動變形后試樣軟化的原因是高應變速率的壓縮引入了過多的自由體積，說明振動引起了非晶合金結構和性能的改變。最后，嘗